Magnetfeld

B hängt vom Stoff ab, H nicht: B = μ · H. Ein Eisenkern verstärkt also B, nicht H.

Strom erzeugt ein Magnetfeld

Ströme, also bewegte Ladungen, erzeugen Magnetfelder. Ein gerader Leiter umgibt sich mit kreisförmigen Feldlinien. In einer Spule addieren sich die Felder der Windungen zu einem starken, bei langer Spule nahezu homogenen Innenfeld: H = N · I / L (N Windungen, L Länge).

Magnetische Stoffe

Der Spin der Elektronen wirkt wie ein winziger Kreisstrom. Diese Elementarmagnete sind meist ungeordnet. In Eisen, Nickel und Kobalt richten sie sich in kleinen Bereichen (Weiss-Bezirken) von selbst aus, ein äußeres Feld ordnet die Bezirke gemeinsam.

Ferromagnete sind weich (leicht zu magnetisieren, verlieren den Magnetismus schnell: Spulenkerne) oder hart (schwer zu magnetisieren, behalten ihn: Permanentmagnete). Im Feld wird ein Eisenstück vorübergehend selbst zum Magneten (magnetische Influenz).

Lorentzkraft

F = q · v · B · sin αα = Winkel zwischen v und B; senkrecht gilt F = q · v · B

Auf eine bewegte Ladung wirkt im Magnetfeld die Lorentzkraft. Sie ist am größten bei Bewegung senkrecht zu den Feldlinien, null bei paralleler Bewegung und in Ruhe. Sie hängt von q, v und B ab, nicht von der Masse.

Die Kraft steht senkrecht auf v und auf B. Die Drei-Finger-Regel (rechte Hand, positive Ladung) gibt die Richtung: Daumen = v, Zeigefinger = B, Mittelfinger = F. Bei negativer Ladung kehrt sich F um.

Weil F senkrecht zu v steht, ändert sie nur die Richtung von v, nicht den Betrag: Sie verrichtet keine Arbeit. Tritt das Teilchen senkrecht in ein homogenes Feld ein, läuft es auf einer Kreisbahn. Proton und Elektron kreisen in entgegengesetztem Sinn.

Der Radius ist r = m · v / (q · B): Schwere Teilchen biegen weniger ab. Auf einen stromdurchflossenen Leiter der Länge s wirkt F = B · I · s (umgestellt B = F / (I · s)), so arbeitet ein Elektromotor.

Induktion

Ändert sich der magnetische Fluss durch eine Spule, wird in ihr eine Spannung induziert: U = N · ΔΦ / Δt (Betrag). Das gelingt mit bewegtem Magneten oder geändertem Strom. Bei konstantem Fluss entsteht keine Spannung. Ein Strom fließt nur im geschlossenen Kreis.

Bei der Selbstinduktion induziert die Spule die Spannung in sich selbst, weil sich ihr eigener Strom und damit ihr Feld ändert. Das bremst die Stromänderung. Die Induktivität L misst, wie stark die Spule das tut.

Induktion treibt Generator und Transformator an. → Ausführlich in: Wechselstrom Die MRT nutzt Magnetfelder und Radiowellen, braucht keine ionisierende Strahlung und zeigt Weichteile kontrastreicher als die CT.